В этом материале автор описывает схемотехнику блоков питания IP-231135 и SIP400B, которые используются, в частности, вЖК телевизорах "Samsung LE32R81WX/XEC", "Samsung LE40R81WX/XEC", "Samsung LE40R86BDX/XEC" и в других моделях. Надеемся, что материал поможет провести диагностику этого узла, определить дефектные элементы и восстановить работоспособность блока питания и телевизора в целом.
Характеристики блоков питания
В телевизоры SAMSUNG серии LE40xxx в качестве источника питания может устанавливаться оригинальный блок типа IP-231135A (производитель - Samsung Electro-Mechanics Co., Ltd) или его аналог типа SIP400B (производитель - Hansol LCD Inc.). Характеристики этих блоков почти идентичны и приведены в таблице 1.
Таблица 1. Электрические характеристики блоков питания
Характеристика | Блок IP-231135A | Блок SIP400B |
Напряжение | 100...240 В, 50/60 Гц, 4 A | |
Выходные напряжения | +5,2 В/0,5 A, +5,4 В/4 A, +12 В/1,2 A, + 13 В/2 A, 2100 В/100 мА* (инвертор) | +5,2 В/0,3 A, +5,4 В/3,5 A, + 12 В/1 A, 13V/1,5A, 1500 В/ 72 мА* (инвертор) |
* - амплитудное значение
Блок питания IP-231135A
Рис. 1. Внешний вид платы блока питания IP-231135A
Внешний вид платы IP-231135A приведен на рис. 1.
Функционально эту плату можно разделить на следующие узлы:
- сетевой фильтр и выпрямитель;
- корректор коэффициента мощности (Power Factor Corrector далее - PFC или ККМ);
- основной(рабочий)источник питания;
- дежурный источник питания;
- DC/AC-конвертор питания электролюминесцентных ламп задней подсветки (Colt Cathode Luminescent Lampe, далее - CCFL).
Рассмотрим схемотехнику этих узлов более подробно. Принципиальная схема трех первых узлов приведена на рис. 2. Сетевой помехоподавляющий фильтр выполнен по стандартной схеме на основе П-образных индуктивно-емкостных фильтров (элементы CX801S-CX803S, LX801S LX802S). Вход фильтра шунтирован варисторами VX801S, VX802S (750 В), защищающими элементы источника от бросков входного напряжения. С выхода фильтра через сетевой выпрямитель BD801S CP810 сетевое напряжение подается на вход ККМ.
Корректор коэффициента мощности
Назначение этого узла - минимизация индуктивной составляющей нагрузки источника с целью увеличения его КПД и уменьшения импульсных помех, создаваемых этим источником. Проще говоря, PFC корректирует форму потребляемого источником тока, приближая его к той, которая возникает при подключении к сети чисто активной нагрузки.
Этот узел выполнен на основе контроллера ККМ типа ICE 1PCS02 (UP801S) фирмы INFINEON. Схема работает в режиме непрерывных токов и представляет собой повышающий конвертор (Boost topology). Микросхема ICE 1PCS02 работает на фиксированной частоте 65 кГц, имеет встроенный опорный источник 5 В, схемы защиты от перенапряжения на входе, тока в нагрузке, выпускается в корпусах DIP-8 и SO-8.
Управляющий сигнал на выходе контроллера GATE (выв. 8) формируется при условии VCC=11,2 В (выв. 3), VSENSE>0,8 В (выв. 6) и VINS>1,5 В (выв. 4). Пусковой ток ИМС равен 200 мкА, рабочий - 18 мА. В дежурном режиме (VSENSE<0,8 В) потребляемый ток равен 3 мА. При напряжении питания VCC<10,2 В ИМС выключается. В рассматриваемом блоке ИМС питается от стабилизатора 16 В на элементах QB813, ZB803, входящего в состав дежурного ис-точника(принципиальная схема показана на рис. 3). Назначение выводов ICE 1PCS02 приведено в таблице 2.
Таблица 2. Назначение выводов микросхемы ICE 1PCS02
Номер вывода | Обозначение | Назначение |
1 | GND | Общий |
2 | ICOMP | НЧ фильтр схемы обратной связи по току |
3 | ISENSE | Вход обратной связи по току. Контролируется напряжение на датчике RP805 RP807 |
4 | VINS | Вход обратной связи по напряжению |
5 | VCOMP | НЧ фильтр схемы обратной связи по напряжению |
6 | VSENSE | Вход напряжения обратной связи |
7 | VCC | Напряжение питания 9,4...21 В |
8 | GATE | Выход управляющего сигнала |
Выходной ШИМ сигнал управляет силовым ключом - MOSFET-транзисторами QP801S, QP802S типа 13N50S (ID=13,4 А, VD=500 В, RDS(on)=0,43 Ом при VGS=10 В и ID=6,25A), включенными параллельно. В режиме накопления энергии ток течет с выхода выпрямителя через накопительные дроссели LB803, LB804 и открытые транзисторы на "землю". Разрядный диод DP803 в этот момент заперт. Когда транзисторы запираются, напряжение источника включается последовательно с ЭДС дросселей и через открытый диод DP803 подключается к нагрузке.
На выходе PFC формируется постоянное стабилизированное напряжение 385 В, которое подается на основной, дежурный источники и на инвертор питания CCFL.
Основной источник питания
Источник питания (см. принципиальную схему на рис. 2) вырабатывает постоянные стабилизированные напряжения 13, 12 и 5,4 В для питания узлов телевизора. Основа этого источника - ШИМ контроллер IC101 типа ICE 2BS01 фирмы INFINEON. Это контроллер импульсных источников с токовым управлением, в рабочем режиме он работает на фиксированной частоте 67 кГц, а в дежурном - на частоте 20 кГц. Количество внешних элементов для функционирования ИМС минимально - всего 5. Особенности этой микросхемы:
- блокировка при низком входном напряжении (гистерезис 8,5...13,5 В);
- максимальный рабочий цикл 72 %;
- низкое потребление в дежурном режиме;
- термозащита (140° С);
- перезагрузка при обрыве токовой петли;
- защита при перенапряжении на выходе через рестарт;
- регулируемое пиковое ограничение тока через силовой ключ;
- схема "мягкого" старта. Назначение выводов ИМС ICE 2BS01 приведено в таблице 3.
Таблица 3. Назначение выводов микросхемы ICE 2BS01
Номер вывода | Обозначение | Назначение |
1, 8 | NC | Не подключены |
2 | SoftS | Вход схемы "мягкого старта" и управления рестартом. Подключается конденсатор, его емкость определяет время "мягкого" старта |
3 | FB | Вход напряжения обратной связи. Используется внутренним компаратором для управления рабочим циклом и схемой защиты |
4 | Isense | Вход контроля тока в первичной цепи |
5 | Gate | Выходной управляющий сигнал на внешний MOSFET-транзистор |
6 | VCC | Напряжение питания 8,5...21 В |
7 | GND | Общий |
Токовое управление означает контроль рабочего цикла с помощью обратной связи по току в первичной цепи. Усиленный токовый сигнал обратной связи сравнивается с напряжением обратной связи, формируемым цепью из вторичного напряжения. Полученный в результате сравнения сигнал ошибки изменяет ширину управляющих импульсов (рабочий цикл) схемы, что приводит к стабилизации выходного напряжения преобразователя.
Как и в предыдущем случае (см. раздел "Корректор коэффициента мощности"), ИМС питается от стабилизатора 16 В QB813 ZB803 из состава дежурного источника.
Цепь обратной связи по напряжению из элементов UM851, PC101 контролирует вторичное напряжение 5,4 В и формирует напряжение обратной связи на выв. 3 UM801S. C токового датчика RM808, стоящего в цепи истока силового ключа QM801, снимается напряжение, пропорциональное току через ключ, и подается на выв. 4 UM801S. В результате сравнения этих сигналов вырабатывается напряжение ошибки, которое и определяет рабочий цикл схемы.
Частота преобразователя определяется величиной напряжения на входе FB UM801S (выв. 4). Если оно меньше 1,2 В, то это означает дежурный режим преобразователя, и его частота равна 20 кГц. Если напряжение на выв. 4 больше 1,7 В, это означает рабочий режим преобразователя и, соответственно, частота его работы равна 67 кГц.
Пиковое значение тока через MOSFET-транзистор ограничено на заданном уровне и контролируется по напряжению на выв. 4. Когда оно составляет 0,95...1,05 В, выходной драйвер микросхемы выключается.
Узел гашения переднего фронта сигнала (LEB) в составе микросхемы блокирует ШИМ в момент времени, когда MOSFET-транзистор полностью открыт и возможны импульсные выбросы в сигнале, что привело бы к нарушению цикла обратной связи. Постоянная времени гашения задается параметрами микросхемы и равна 220 нс.
Перегрузка на выходе преобразователя, обрыв в нагрузке, перенапряжение или перегрев кристалла фиксируются блоком защиты в составе ИМС - схемой-защелкой, которая выключает ШИМ модулятор и силовой ключ.
Для исключения влияния импульсных помех и других факторов время задержки включения схемы-защелки равно 5 мкс. После выключения силового ключа начинает работать схема "мягкого" старта.
Выходной драйвер микросхемы выполнен по схеме тотемного каскада и имеет на входе защитный диод Зенера. Параметры сигналов драйвера:
IGATE=-0,5/+0,7 А (втекающий и вытекающий токи);
VGATE Low(High)=0,95(11,5) В;
Основные параметры силового MOSFET-транзистора 6N80:
VD=800 В, IDM= 23,2 А, ID=5,8 A, RDS=1,95 Ом при VGS=10 В и ID=2,9 А.
Вторичные выпрямители основного источника выполнены по однополупериодной схеме. Напряжение 12 В формируется из вторичного напряжения 13 В с помощью интегрального стабилизатора UM853 типа 28R12.
Дежурный источник питания
От этого источника питаются некоторые узлы (в частности, управляющий микроконтроллер ТВ) в дежурном режиме, когда основные энергопотребляющие узлы (ЖК панель, инвертор) обесточены. Он вырабатывает напряжение 5,2 и 16 В, причем последнее используется для питания микросхем-контроллеров PFC и основного источника. Дежурный источник выполнен по схеме обратноходового преобразователя на основе контроллера FSDM0365К фирмы Fairchild Semiconductor. Микросхема выполнена по энергосберегающей технологии FPSTM и включает в себя полевой SenseFET-транзистор и ШИМ контроллер с токовым управлением, что позволяет снизить потребление в режиме ожидания и электромагнитное излучение (ЭМИ), а также сократить число внешних элементов. Особенности этой микросхемы:
- встроенный мощный полевой транзистор SenseFET, стойкий к лавинному пробою;
- экономичный пакетный режим (Burst Mode), обеспечивающий потребление 0,65 Вт при напряжении питания АС 240 В и мощности нагрузки 0,5 Вт;
- прецизионный генератор рабочей частоты 67 кГц;
- улучшенное ограничение пикового значения тока через SenseFET;
- схемы защиты OVP (Over Voltage Protection), OLP (Over Load Protection) и TSD (Termal Shutdown) с рестартом;
- потребляемый рабочий ток 2,5 мА.
Назначение выводов микросхемы FSDM0365R приведено втаблице 4.
Таблица 4. Назначение выводов микросхемы FSDM0365R
Номер вывода | Обозначение | Назначение |
| 1 | GND | "Земля" |
2 | VCC | Напряжение питания микросхемы 12 В |
3 | Vfb | Напряжение обратной связи. Инверсный вход ШИМ компаратора. В стандартном включении сюда подключается коллектор транзистора оптрона цепи обратной связи и фильтрующий конденсатор (вторым выводом к "земле"). Если уровень на выводе превышает 6 В, срабатывает схема OLP и ШИМ выключается |
4 | Ipk | Вход регулировки ограничения тока через SenseFET-транзистор. Имеет внутренний резистор 2,8 кОм, подключенный к "земле". Втекающий ток 0,9 мА на этом выводе определяет ограничение тока на уровне 2,15 А |
5 | Vstr | Напряжение питания схемы старта - источника тока, которым заряжается внешний конденсатор, подключенный к выводу VCC. При достижении на нем уровня 12 В внутренний источник тока выключается |
6-8 | Drain | Сток мощного транзистора SenseFET. Подключается через обмотку импульсного трансформатора к выходу сетевого выпрямителя |
Напряжение питания микросхемы составляет 11...18 В (уровень OVP=20 В), рабочая частота микросхемы фиксирована и составляет 67 кГц. Принцип работы источника на основе подобной ИМС подробно рассмотрен в [1]. Отметим лишь некоторые особенности рассматриваемой схемы.
Источник питается напряжением с выхода сетевого выпрямителя (обозначение шины PFC_OUT). Дополнительный стабилизатор напряжения 16 В (от него питаются контроллеры PFC и основного источника) выполнен на элементах QB813, ZB813, он питается от обмотки 5-6 трансформатора TB801S, выпрямителя DB811 CB811 через ключ на транзисторе QB812. Ключ управляется сигналом микроконтроллера ТВ PS-ON через цепь гальванической развязки PC802S QB854. Когда сигнал PS-ON пассивен (низкий уровень 0 В), ключ QB813 закрыт и напряжение 16 В не формируется. В результате PFC и основной источник не работают, а энергопотребление минимально.
Основные параметры встроенного силового транзистора SenseFET: VD=650 В, IDM=12 А, ID=2 A, RDS=3,6 Ом при VGS=10 В и ID=0,5 А.
Инвертор питания CCFL-ламп задней подсветки
Принципиальная схема этого узла приведена на рис. 4. Он выполнен по схеме несимметричного полумостового преобразователя. Нагрузкой полумоста на MOSFET-транзисторах MI801S, MI802S (тип 9N50C, см. характеристики в предыдущем разделе) служит первичная обмотка импульсного трансформатора TI801S.Транзисторы управляются противофазными сигналами драйвера UI807 типа LX1691A фирмы MICROSEMI. Ввиду того, что преобразователь питается высоким напряжением +385 В (подается с выхода PFC, шина PFC_OUT), для защиты контроллера применена гальваническая развязка - трансформатор TI802S.
Назначение выводов микросхемы LX1691A приведено в таблице 5, а ее архитектура представлена на рис. 5.
Таблица 5. Назначение выводов микросхемы LX1691A
Номер вывода | Обозначение | Описание |
| 1 | GND | Общий ("земля") |
2 | AOUT | Выход А N-FET-драйвера. Подключен через внутренний резистор 10 кОм к VDDP Пиковое значение тока ±100 мА |
3 | BOUT | Выход B N-FET-драйвера. Подключен через внутренний резистор 10 кОм к VDDP Пиковое значение тока ±100 мА |
4 | DIM_CLK | Частота/полярность цифрового димминга (регулировка яркости, от англ. - Dimming). Вход управления для выбора частоты цифрового димминга. Может подключаться к VDDA или VSS или к тактовому сигналу до 1 МГц. Кроме того, используется для выбора полярности сигнала в режиме внутреннего тактирования при цифровом димминге. Если выбран аналоговый димминг (см. ниже Analog Dimming Mode), и этот вывод не подключен или подключен к шине VDDA, то выбирается обычная полярность димминга. Если вывод подключен к "земле", выбирается инверсная полярность димминга. Обычная полярность означает, что яркость лампы растет с увеличением напряжения на входе BRITE_IN, а обратная полярность - наоборот Если вход DIM_MODE не подключен и на вход DIM_CLK поданы НЧ импульсы, ток ламп изменяется пропорционально напряжению на входе BRITE_IN и рабочий цикл синхронизирован с оигналом DIM_CLK |
5 | DIM_MODE | Вход выбора режима димминга: 1. Аналоговый димминг. Вывод должен быть не подключен или подключен к шине VDDA/2. 2. Внутренний цифровой димминг. Вывод должен быть подключен к "земле". Частота генератора "вспышек" (это частота тока CCFL) получается делением частоты внутреннего генератора на 512, а рабочий цикл генератора прямо пропорционален напряжению на входе BRITE_IN. 3. Внешний цифровой димминг. Вывод подключен к шине VDDA. Частота генератора "вспышек" получается делением частоты внешнего сигнала на входе DD_CLK |
6 | BRITE_OUT | Выход опорного источника тока регулировки яркости. В режиме аналоговой регулировки яркости сигнал на этом выводе формируется из мультиплексированных сигналов на входах BRITE_R и BRITE_IN. При подключении внешнего резистора между этим выводом и "землей" устанавливается минимальная яркость ламп |
7 | BRITE_R | Внешний резистор опорного источника тока регулировки яркости. При подключении этого вывода через резистор к шине VDDA выбирается минимальный рабочий цикл в режиме цифрового димминга. При подключении сенсора освещенности LX1970 к этому входу яркость регулируется в зависимости от внешней освещенности |
8 | BRITE_IN | Вход аналоговой регулировки яркости. Диапазон постоянного напряжения регулировки 0...2 В |
9 | ENABLE | Вход разрешения. Высокий уровень (VDDP) - разрешение, низкий (<0,3 В) - запрет |
10 | I_R | Внешний резистор внутреннего опорного источника тока. В зависимости от его номинала (40...100 кОм) можно регулировать частоту тока ламп от 60 до 250 кГц |
11 | EA_OUT | Выход усилителя ошибки. Сюда подключается внешний конденсатор (10...5000 пФ) для регулировки времени реакции инверторного модуля |
12 | I_SNS | Вход обратной связи по току. Подается вторичное напряжение, пропорциональное току ламп. Нормальный уровень - до ±2 В. В течение времени поджига обеспечивается уровень 2 В на этом входе независимо от напряжения на входе BRITE_IN |
13 | VIN_SNS | Вход контроля перенапряжения на выходе. Контролируется напряжение на выходе инвертора, сигнал такой же, как и на входе OC_SNS. Превышение уровня 2 В вызывает блокировку ШИМ и выходного сигнала контроллера |
14 | OP_SNS | Вход контроля перегрузки по току. На вывод подается синусоидальное напряжение, пропорциональное вторичному напряжению инвертора. Это напряжение выпрямляется и подается на компаратор, сравнивается с опорным напряжением 2 В. При превышении опорного уровня выходной сигнал компаратора дополнительно управляет токовой обратной связью (вход ISNS) для ограничения тока. Если ненормальное состояние продолжается, инвертор выключается по превышению тока во вторичной цепи. Частотный диапазон входного сигнала - 10...500 кГц. Пиковое значение на этом выводе в диапазоне ±10 В не вызывает выхода из строя контроллера |
15 | VDDA | Выход LDO-стабилизатора 3 В. Рекомендуется подключить к нему керамический конденсатор 1000 пФ на "землю". Допустимый выходной ток - 5 мА |
16 | VDDP | Напряжение питания микросхемы 3.5 В |
В рассматриваемой схеме инвертора контроллер работает в режиме условной аналоговой регулировки яркости. Ток ламп прямо пропорционален напряжению на входе аналоговой регулировки BRITE_IN (выв. 8), но оно не изменяется - подается с делителя от опорного источника 3 В (выв. 15). Рабочий цикл схемы (соответственно, ток ламп и их яркость) прямо пропорционален цифровому ШИМ сигналу, подаваемому на вход DIM_CLK. Сигнал ШИМ формируется из аналогового сигнала DIM (поступает от управляющей схемы через контакт 2 CNI803) микросхемой UI804 (LM394), состоящей из двух ОУ. На одном ОУ (выв. 2, 3 - входы, выв. 3 - выход) реализован генератор пилообразного напряжения, а на втором ОУ (выв. 5, 6 - входы, выв. 7 - выход) - компаратор. С выхода компаратора ШИМ сигнал регулировки яркости подается на вход DIM_CLK (выв. 4). Инвертор включается сигналом ON/OFF (контакт 1 CNI803), из которого узлом на микросхеме UI806 вырабатывается сигнал EN и подается на вход разрешения UI807 - выв. 9. С помощью переменного резистора VR801 регулируется номинальная частота тока ламп.
Выходные противофазные сигналы контроллера с выв. 2 и 3 подаются на входы драйвера UI802S (выв. 2 и 3), нагрузкой которого служит первичная обмотка импульсного трансформатора TI602S. C его вторичных обмоток управляющие напряжения через предусилители QI801, QI802, формирующие оптимальную форму напряжения, подаются на полумостовую схему, выполненную на N-канальных MOSFET-транзисторах MI801S, MI802S (VD=500 В, IDM=36 А, ID=9 A, RDS=0,73 Ом при VGS=10 В и ID=4,5 А). Схема питается постоянным напряжением +385 В с выхода PFC. Нагрузкой полумоста служит первичная обмотка высоковольтного трансформатора TI801S. С его вторичных обмоток снимаются напряжения псевдосинусоидальной формы и через соединители CNI801(2)S подаются на CCFL. C емкостных делителей, подключенных параллельно вторичным обмоткам TI801S, снимаются сигналы HOT 1(2) и через соответствующие цепи подаются на вход контроля токовой перегрузки - выв. 14 UI807.
Из этих же сигналов узлом на микросхеме UI805 формируется сигнал защиты при разрушении (обрыве в цепи, потере контакта в разъеме) одной из ламп, и контроллер выключается по входу EN (выв. 9).
Сигнал обратной связи по току FB снимается с датчика в цепи CCFL (на схеме не показан) и через контакт 1 CNI806 поступает на плату инвертора. Здесь(сигнал обозначен I_SNS) он через делитель подается на вход обратной связи по току I_SNS (выв. 12) UI807.
Все логические микросхемы и контроллер инвертора питаются напряжением 5 В (5V_COLD) от интегрального стабилизатора UI808 (78S05P), подключенного к основному источнику - каналу 12 В.
Все недостающие рисунки и схемы можно скачать здесь.
Продолжение следует.
Автор: Леонид Ларионов (г. Ахтубинск)
Источник: Ремонт и сервис